DE3314276A1 - Von einer brennkraftmaschine angetriebene waermepumpe - Google Patents
Von einer brennkraftmaschine angetriebene waermepumpeInfo
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Description
PICHTEL & SACHS· AG - SCHWEINFURT ANR 1 001 485 Reg.-Nr. 12 105
PATENT- UND GEBRAUCHSMUSTERHILFSANMELDUNG
VON EINER BRENNKRAFTMASCHINE ANGETRIEBENE WÄRMEPUMPE
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieilt sich, auf eine von einer Brennkraftmaschine
angetriebene Wärmepumpe, die einen Gesamt-Wasserkreislauf zur
Brauchwasserbereitung und Heizung aufweist, wobei der Gesamt-Wasserkreislauf
aus zwei miteinander in Verbindung stehenden Wasserkreisläufen besteht und der erste Wasserkreislauf über Wärmetauscher
von der Abwärme der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird, während der zweite Wasserkreislauf über weitere Wärmetauscher mit
dem Wärmepumpenprozeß gekoppelt ist und Schaltelemente zur Verbindung der Wasserkreisläufe vorgesehen sind,
Bei derartigen Wärmepumpen, die zur Heizung und Brauchwasserbereitung
dienen, ist es bekannt, daß durch die Druckbegrenzung des Kältekreislaufes das Temperaturniveau der Brauchwasserbereitung
auf ca, 500C begrenzt ist. Dies trifft sowohl bei Absorbtions-Wärmepumpen
als auch bei Wärmepumpen, die von einem Elektromotor oder einer Brennkraftmaschine angetrieben werden, zu. Infolge
Wärmeverlusten in schlecht isolierten und weit verzweigten Verteilungsnetzen für das Brauchwarmwasser werden an den Entnahmestellen
oftmals nur Temperaturen von 40,.,45 C erreicht, die dem
Bedürfnis nach ausreichendem Brauchwasserkomfort in .vielen Fällen
nicht gerecht werden. Speziell im Heizleistungsbereich von Ein- und Zweifamilienhäusern wird in der Regel die Heizleistung der
Wärmepumpe im Gegensatz zur Kesselleistung knapp dimensioniert, wodurch häufig eine Böilervorrangschaltung angewandt wird, die
die Aufgabe hat,, die Brauchwarmwasserbereitung vorrangig durchzuführen,
Nachteilig bei dieser Ausführung ist, daß während des
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Böilerladevorganges das Heiznetz nicht bedient wird. Da gerade
bei den Wärmepumpen infolge der niederen Brauchwassertemperatur große Boiler verwendet werden, die bei Ein- oder Zweifamilienhäusern
einen Wasserinhalt von 200...300 1 aufweisen, wird das Heiznetz über längere Zeit nicht bedient, was zu nicht mehr tolerierbaren
Wohnraumtemperaturen führen kann. Insbesondere dann, wenn auf Grund hoher Zirkulationsverluste in den Brauchwasserleitungen
die Wärmepumpe häufig im Boi.lerbetrieb arbeitet, sind größere Wohnraum-Temperaturschwankungen durch die Bollervorrangschaltung
vorhanden.
■ V
Bei Elektro-Wärmepumpen ist es bekannt, die Kondensationswärme
zur Brauchwarmwasserhereitung auszunutzen. Dies geschieht dadurch,
daß ein separater Wärmeaustauscher vorgesehen werden muß, der im überhitzten Bereich des heißen Kältemitteldampfes angeordnet ist
und die bis zum Kondensationsbeginn anfallende Wärme verwendet, so daß hierbei Temperaturen bis 6O0C erreicht werden können.
Die Anwendung einer Brennkraftmaschine zum Antrieb einer Wärmepumpe
ermöglicht die' Ausnutzung der Wärme der Abgase und des Motorkühlkreislaufes, wobei Vorlauftemperaturen bis 800C bei größeren Anlagen im Leistungsbereich größer als 100 kW mit Hilfe eines
separaten Wärmeaustauschers im Kühlkreislauf erzielt werden können.
Das hierhei zur Verfügung gestellte, höher temperierte Wasser wird allerdings nur mit hohem regeltechnischen und apparativen
Aufwand möglich. Bei kleineren Anlagen ist der Kondensator meist mit dem Abwärmekreislauf in Reihe geschaltet. Somit begrenzt
auch hier der Kondensationsdruck die erreichbare Brauchwassertemperatur.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ess die Nachteile der
bekannten Konstruktionen zu vermeiden und eine von einer Brennkraftmaschine angetriebene Wärmepumpe zu schaffen, welche auch
bei knapp dimensionierter Heizleistung auf einfache Weise einen gleichzeitigen Heiz"«- und Brauchwarmwasserbetrieh ermöglicht. Außerdem
sollen Brauchwassertemperaturen bis zu 60°G erzielt wer
COPV
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein zwischen
erstem und zweitem Wasserkreislauf angeordnetes Schaltelement als Dreiwege-Umschaltventil ausgebildet ist und einen Anschluß
für eine Boilerrücklaufleitung aufweist sowie mit der Niedertemperaturseite
des ersten Wasserkreislaufes verbindbar ist, während die Hochtemperaturseite des ersten Wasserkreislaufes mit
der Boilervorlaufleitung verbunden ist. Durch den Einbau dieses
Dreiwege-Umschaltventiles und die Installation getrennter Anschlüsse
für den Boilervor-* und -rücklauf wird auf einfache Weise
eine Brauchwassertiereitung möglich, die ausschließlich durch den Motorkühlkreislauf versorgt wird, ohne daß der Kältemitteldruck
im Kondensator ansteigt, da die Boilerrücklaufleitung in das
Dreiwege-Umschaltventil mündet und keine Temperaturerhöhung der ■
in den Kondensator mündenden Rücklaufleitung bewirkt. Da gleichzeitig mit der Kondensationswärme des Wärmepumpenprozesses das
Heiznetz bedient wird, kann auf eine BOi.lervorrangschaltung verzichtet
werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Dreiwege-Umschalt ventil in ein als Baueinheit ausgebildetes Wärmepumpenaggregat
integriert, wobei dieses Aggregat zusätzliche Anschlußstutzen für die Boi.lervor- und -rücklaufleitung aufweist. Dadurch wird eine
sehr einfache Montage des Wärmepumpenaggregates beim Anschluß an das Heiz- und das Warmwassernetζ erzielt. Ein nachträglicher Einbau
eines derartigen Dreiwege-Umschaltventiles ist - wie die Erfindung zeigt - auch ohne weiteres möglich, wobei das Dreiwege-Umschaltventil
dann außerhalb des Wärmepumpenaggregates angeordnet wird.
An Hand der Zeichnung wird nachfolgend 'die' Erfindung näher erläutert
: ■
Die Fig. 1 stellt den Gesamt-Wasserkreislauf der Wärmepumpe schematisch
dar, wobei dieser Gesamt-Wasserkreislauf im wesentlichen aus zwei miteinander in Verbindung stehenden Wasserkreisläufen
gebildet wird. Der erste Wasserkreislauf besteht im wesentlichen
aus einem Abgaswärmetauscher 3, einem Motorwärmetauscher 4 und einem ö!wärmetauscher 5 und ist sowohl mit der Niedertemperaturseite
20 als auch mit der Hochtemperaturseite 19 mit einem Kühl-
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wasser-Thermostatventil 11 verbunden, wobei die Pumpe 17 für die Zirkulation des Wassers in diesem Kreislauf vorgesehen ist. Der
zweite Wasserkreislauf besitzt eine Rücklaufleitung 13» die in
den Kondensator 8 mündet. In diesem Kondensator 8 findet der Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Wasserkreislauf
statt. Das warme Wasser fließt über eine Leitung zum Kältemittelverdichter 2 und nimmt dort über entsprechende Wärmetauscher die
Kompressionswärme des Kältemittelverdichters 2 auf und gelangt dann in die Vorlaufleitung 18. Ein bivalenter, paralleler oder
alternativer Betrieb der Wärmepumpe wird durch den rechts in der Figur dargestellten Heizkessel möglich. Zur Brauchwasserbereitung
in einem Boiler 9 ist eine Boilervorlaufleitung 6 vorgesehen, die
über eine Verbindungsleitung 21 mit der Vorlaufleitung 18 und mit einer Anschlußleitung 23 mit dem Kühlwasser-Thermostatventil 11
in Verbindung steht. Zwischen der Vorlaufleitung 18 des zweiten
Wasserkreislaufes und dem ersten Wasserkreislauf ist ein Dreiwege-Umschaltventil
1 vorgesehen, welches über die Anschlußleitung 24
mit der Vorlaufleitung 18 und die Verbindungsleitung 25 mit der Niedertemperaturseite 20 des ersten Wasserkreislaufes verbindbar
ist. Außerdem mündet in dieses Dreiwege-Umschaltventil 1 die Verbindungsleitung
26 zur Boilerrücklaufleitung 7. Für die Wasserzirkulation
im Boiler 9 ist eine Boilerladepumpe 12 vorgesehen,
während die Wasserzirkulation-in der Heizung durch eine Heizkreispumpe
lh vorgenommen wird. Um eine Fehlzirkulation im
Boiler- und Heizkreis zu vermeiden, ist.ein Rückschlagventil 15 im Boilerrücklauf und ein Rückschlagventil 16 im Heizungsrücklauf
vorgesehen, wobei nach den Rückschlagventilen eine Verbindungsleitung 22 die Rücklaufleitungen miteinander verbindet. Zum
Druckausgleich bei bestimmten Betriebsbedingungen kann eine Druckausgleichsleitung 27 zwischen den 'beiden Wasserkreisläufen
vorgesehen werden« Die Brennkraftmaschine, der Verdichter, die Wärmetauscher und die Schaltelemente sind zu einem Wärmepumpenaggregat
10 zusammengefaßt, wobei - wie die schematische Figur zeigt - dieses Wärmepumpenaggregat 10 nur mit entsprechenden An-Schlüssen
bei der Montage in die Heizung' und Brauchwasserbereitung eingefügt werden kann.
Durch den Einbau des Dreiwege-Umschaltventiles 1 in den ersten Wasserkreislaufj der über den Abgaswärmetauscher 3? den Motorwär-
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metauscher 4 und den ölwärmetauscher 5 von der Abwärme der Brennkraftmaschine
beaufschlagt wird, und die Installation getrennter Anschlüsse für die Boilervorlaufleitung 6.und die Boilerrücklaufleitung
7 wird die Brauchwasserbereitung ausschließlich durch ' diesen Kühlkreislauf - ohne Begrenzung des kälteseitigen Druckes
im Kondensator 8 - möglich. Da in diesem Falle mit der Kondensationswärme
und den im Kältemittelverdichter 2 befindlichen Wärmetauschern das Heiznetz bedient wird, kann auf eine Boilervorrangschaltung
verzichtet werden.
Bei Warmwasseranforderung durch den im Boiler 9 befindlichen Thermostaten und gleichzeitigem Start des Wärmepumpenaggregates
10 verbindet das Kühlwasser-Thermostatventil 11 die Hochtemperaturseite 19 mit der Niedertemperaturseite 20 im ersten Wasserkreislauf,
Das Dreiwege-Umschaltventil 1 weist dabei eine Stellung auf, welche die Verbindungsleitung 25 mit der Verbindungsleitung
26 verbindet. Die Boilerladepumpe 12 saugt über die Verbindungsleitung 21 das warme Wasser aus der Vorlaufleitung 18
und drückt den Rücklauf über das Rückschlagventil 15 und die Verbindungsleitung 22 in die Wärmepumpen^Rücklaufleitung 13. Die
Heizkreispumpe 14 und die Boilerladepumpe 12 arbeiten solange parallel, bis das Kühlwasser-Thermostatventil 11 - bei überschreiten
der Temperatur von 800C - die Hochtemperaturseite 19 vom ersten Wasserkreislauf mit der Anschlußleitung 23 für den
Boilervorlauf 6 verbindet. Die Brauchwasserlademenge zirkuliert
nun ausschließlich durch den ersten Wasserkreislauf, d. h., zur
Erwärmung des Brauchwassers wird ausschließlich die Abwärme der Brennkraftmaschine verwendet. Hierbei mündet die Boilerrücklaufleitung
7 über die Verbindungsleitung 26 und die Verbindungsleitung 25 in die Niedertemperaturseite 20 des ersten Wasserkreislaufes, wird dort erwärmt und durch die Pumpe 17 und das Kühl- <
wasser^Thermostatventil 11 -in die BOJ.lervorlaufleitung 6 gefördert. Die Rückschlagventile 15 und 16 verhindern eine Fehlzirkulation
der im Boiler und Heizkreislauf,umlaufenden Wassermengen.
Die Rücklauftemperatur ist bei diesem Verfahren im Gegensatz zum
Heizkreislauf mit Kondensator nur durch die maximal zulässige Kühlwassertemperatur, die überwacht wird, bedingt. Bei Ausfall
der Boilerladepumpe 12 wird die Zirkulation im ersten Wasser^
kreislauf durch die Pumpe 17 für den Motorkühlkreislauf aufrecht' erhalten,
COPY ,
Das Dreiwege~Umschaltventil 1 kann sowohl ein separates Ventilgehäuse
als auch ein in ein Gesamtsystem integriertes Umschaltorgan mit elektrischem, magnetischem oder thermischem Antrieb
sein.
Im reinen Sommerhetrieb der Anlage, also dann, wenn nur Brauchwasserbereitung
erforderlich ist, wird das Dreiwege-Umschaltventil 1 in der Stellung gefahren, welche die Anschlußleitung 24 mit
der Verbindungsleitung 25 verbindet. In diesem Falle wird der gesamte Kreislauf der Wärmepumpe durchfahren, d. h., sowohl die Abwärme
der Brennkraftmaschine als auch die vom Wärmepumpenprozeß herrührende Wärme wird' zur Brauchwasserbereitung benützt. In diesem
Falle ist durch eine entsprechende Programmierung des Reglers dafür Sorge zu tragen, daß ein überschreiten der Druckgrenzen im
Kältemittelkreislauf verhindert wird.
Sämtliche heute üblichen Schaltungsvarianten für die Einbindung
von brennkraftmaschinenangetriebenen Wärmepumpen in neue und bestehende
Heizsysteme sind möglich. Dementsprechend ist bivalenter, paralleler und alternativer Betrieb mit und ohne Durchströmen
der Wärmepumpe sowie die monovalente Betriebsweise möglich.
Die Anordnung des Dreiwege-Umschaltventiles la außerhalb des Wärmepumpenaggregates
10 ist strichpunktiert dargestellt. Hierbei wird die Anschlußleitung 24 durch die Anschlußleitung 24a ersetzta
während die Verbindungsleitung 25 mit der Verbindungsleitung 25a ergänzt wird. Anstelle der Verbindungsleitung 26 mündet die Verbindungsleitung
26a in das Dreiwege-Umschaltventil la.
Durch Anordnung des Dreiwege-Umschaltventiles .1 wird eine hohe Brauchwassertemperatur ermöglicht, wobei keinerlei Unterbrechung
des Heizbetriebes stattfindet. Da in dem Betriebszustand, bei welchem lediglich der erste Wasserkreislauf zur Brauchwasserbereitung
verwendet wird, die Rücklaufleitung 13 nicht mit der relativ
hohen Wassertemperatur in der Rücklaufleitung des Boilers
beaufschlagt wird, findet durch die Brauchwasserbereitung keine kälteseitige Druckerhöhung im Kondensator 8 statt, so daß kein
Takten der Wärmepumpe während der Brauchwasserbereitung auftritt. Die relativ hohe Brauchwassertemperatur von etwa 60 C ermöglicht
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-)i- J
es, den Boiler 9 relativ klein und dementsprechend kostengünstig auszuführen und praktisch jeden bestehenden Boiler
(Nachrüstung) zu bedienen und damit die gesamten Installations· kosten der Wärmepumpe niedrig zu halten.
10.03.1983
ΙΉΡ-1 Be/whm- \
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- Leerseite -
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Claims (1)
- FICHTEL & SACHS AG - SCHWEINFURT ANR 1 001 485 Reg.-Nr. 12 105PATENT- UND GEBRAUCHSMUSTERHILFSANMELDUNG VON EINER BRENNKRAFTMASCHINE ANGETRIEBENE WÄRMEPUMPEPATENTANSPRÜCHEVon einer Brennkraftmaschine angetriebene Wärmepumpe, die einen Gesamt-Wasserkreislauf zur Brauchwasserbereitung und Heizung aufweist, wobei der Gesamt-Wasserkreislauf aus zwei miteinander in Verbindung stehenden Wasserkreisläufen besteht und der erste Wasserkreislauf über Wärmetauscher von der Abwärme der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird, während der zweite Wasserkreislauf über weitere Wärmetauscher mit dem Wärmepumpenprozeß gekoppelt ist und Schaltelemente zur Verbindung der Wasserkreisläufe vorgesehen sind, dad. gek., daß ein zwischen erstem und zweitem Wasserkreislauf (Niedertemperaturseite 20, Vorlaufleitung 18) angeordnetes Schaltelement als Dreiwege-Umschaltventil (1, la) ausgebildet ist und einen Anschluß (Verbindungsleitung 26) für eine Boilerrücklaufleitung (7) aufweist sowie mit der Niedertemperaturseite (20) des ersten Wasserkreislaufes verbindbar ist, während die Hochtemperaturseite (19) des ersten Wasserkreislaufes mit der Boilervorlaufleitung (6) verbunden ist. \2. Von einer Brennkraftmaschine angetriebene Wärmepumpe nach Anspruch 1, dad, gek., daß das Dreiwege^Umschaltventil (1) in ein als Baueinheit ausgebildetes Wär-mepumpenaggregat (10) integriert ist und dieses Aggregat (10) zusätzliche Anschlußstutzen für die Boilervorlaufleitung (6) und die Boilerrücklaufleitung (7) aufweist.3. Von einer Brennkraftmaschine angetriebene Wärmepumpe, nach Anspruch 1, dad. gek., daß das Dreiwege-Umschaltventil (la) außerhalb des Wärmepumpenaggregates (10) angeordnet ist.10.03.1983
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---|---|---|---|
DE3314276A DE3314276A1 (de) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | Von einer brennkraftmaschine angetriebene waermepumpe |
Applications Claiming Priority (1)
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DE3314276A DE3314276A1 (de) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | Von einer brennkraftmaschine angetriebene waermepumpe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3314276A1 true DE3314276A1 (de) | 1984-10-25 |
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ID=6196853
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE (1) | DE3314276A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3635425A1 (de) * | 1985-10-17 | 1987-04-23 | Mitsubishi Electric Corp | Klimatisierungs- und heisswasserversorgungssystem |
US5727396A (en) * | 1995-12-15 | 1998-03-17 | Gas Research Institute | Method and apparatus for cooling a prime mover for a gas-engine driven heat pump |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2633775A1 (de) * | 1976-07-28 | 1978-02-02 | Motorheizung Gmbh | Motorheizung |
-
1983
- 1983-04-20 DE DE3314276A patent/DE3314276A1/de active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3314276C2 (de) | 1992-05-14 |
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